WERKSTOFFE UND BAUELEMENTE DER ELEKTROTECHNIK I (Bauelemente)
Name: Matrikelnummer:
• Lesen Sie bitte vor dem Beginn der Bearbeitung die einzelnen Aufgaben vollst ¨andig durch.
• Verwenden Sie Vorder- und R ¨uckseite der ausgegebenen L ¨osungsbl ¨atter!
• Es sind drei Aufgaben auf insgesamt f ¨unf Seiten (drei Bl ¨atter) zu bearbeiten!
• Beschriften Sie bitte alle L ¨osungsbl ¨atter mit ihrem Namen und ihrer Matrikelnum- mer!
• Geben Sie das Deckblatt mit den Aufgaben- und allen L ¨osungsbl ¨attern (auch den Unbenutzten) am Ende der Bearbeitung ab. Sortieren Sie bitte Ihre L ¨osun- gen in der Reihenfolge der Aufgaben!
• Sie erhalten zun ¨achst 8 leere L ¨osungsbl ¨atter. Weitere L ¨osungsbl ¨atter gibt es auf Anfrage von den Betreuern!
• Sie ben ¨otigen außer Ihrem Schreibzeug und den ausgegebenen Unterlagen keine weiteren Hilfsmittel (auch keinen Taschenrechner, Handy oder ¨ahnliches!).
• Die Noten der Vordiplompr ¨ufung werden nach der Korrektur am Infobrett n ¨ahe Raum EN125 ausgeh ¨angt. Der Termin f ¨ur die Einsicht in die Klausur wird zusam- men mit dem Aushang der Ergebnisse ver ¨offentlicht. N ¨ahere Info’s hierzu im Netz unter:
http://mikro.ee.tu-berlin.de/hlb/wub
• Wir w ¨unschen Ihnen bei der Bearbeitung viel Erfolg!
• Betrugsversuche f ¨uhren zum sofortigen Ausschluss von der Klausur!
Prof.C.Boit S.Peters
TU Berlin / IHH 1
Beginnen Sie bitte jede Aufgabe auf einem neuen Blatt!
Aufgabe 1: Halbleiterphysik Punkte
1.1 Was versteht man unter der Besetzungswahrscheinlichkeit im Halbleiter? Ge- ben Sie die Funktion an, welche die Besetzung von Elektronen regelt und skizzieren sie diese Funktion.(Stichpunkte, Formeln, Skizze)
4
1.2 Skizzieren Sie das B ¨andermodell eines n-Halbleiters. Zeichnen Sie das St ¨orstellen- und das Ferminiveau, sowie die Ladungszust ¨ande ein! (Skizze)
3 1.3 Die Minorit ¨atstr ¨agerkonzentration np in einem p-leitenden Halbleiter betr ¨agt
np= 105cm−3. Wie groß ist die Majorit ¨atstr ¨agerkonzentrationpp? Geben Sie die zugeh ¨orige Bestimmungsgleichung an. (Rechnung, Formel, Hinweis:T = 300K)
4
1.4 Geben Sie die Gleichung zur Bestimmung der L ¨ocher- und Elektronenkon- zentration in Abh ¨angigkeit von WF in einem nicht entarteten Halbleiter an.
(Stichpunkte, Formeln)
4
1.5 Bestimmen Sie grafisch die Fermi-Energie eines p-dotierten Halbleiters. Die Akzeptorkonzentration betr ¨agt NA = 1016cm−3. Bei T = 300K herrscht vollst ¨andige Ionisation.
Hinweise:NV = 1·1019cm−3 ;ni(T = 300K) = 1·1010cm−3 ;WF liegt bei Eigenleitung etwa in der Mitte der Bandl ¨ucke. Das EnergieniveauWAder Ak- zeptoren liegt bei etwa0.1eV. (Zeichnen Sie die ben ¨otigten Verl ¨aufe, sowie die L ¨osung, in das vorbereitete Diagramm auf der folgenden Seite ein!)
8
Punkte Aufgabe 1 23
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 107
108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020
Ladungsträgerkonzentrationen / cm-3
WF-WV / eV
TU Berlin / IHH 3
Beginnen Sie bitte jede Aufgabe auf einem neuen Blatt!
Aufgabe 2: pn- ¨Ubergang Punkte
2.1 Skizzieren Sie den Verlauf der Raumladungsdichte, der elektrischen Feldst ¨arke und des elektrischen Potentials eines abrupten pn- ¨Uberganges im spannungsfreien Fall. (Skizzen)
6
2.2 Leiten Sie ausgehend von der Bestimmungsgleichung der Diffusionsspan- nung UD und dem Zusammenhang f ¨ur ni2 die Boltzmannfaktoren zur Be- stimmung der Minorit ¨atstr ¨agerkonzentration an den Sperrschichtr ¨andern ab.
(Rechnung)
4
2.3 Wie ¨andert sich die Minorit ¨atsladungstr ¨agerkonzentration auf der p-dotierten Seite des pn- ¨Uberganges gegen ¨uber ihrem Gleichgewichtswert, wenn eine SpannungU <0angelegt wird. Skizzieren Sie den Verlauf. (Skizze und For- mel)
4
2.4 Geben Sie die Kennliniengleichung eines pn- ¨Uberganges an. Skizzieren Sie den Kennlinienverlauf eines pn- ¨Uberganges in linearer und halblogarhitmi- scher Darstellung. Welchen Bereich der Kennlinie beschreibt die Gleichung
?(Formel und Skizze)
6
2.5 Wie lautet die Einsteinbeziehung? Benennen Sie die vorkommenden Gr ¨oßen.(Formel, Stichpunkte)
3 2.6 Mit Hilfe welcher Shockley’schen Voraussetzung l ¨asst sich der Gesamtstrom
in der Diode als Summe der Minorit ¨atstr ¨agerstr ¨ome darstellen? Begr ¨unden Sie Ihre Antwort! Geben Sie an, an welchem Ort in der Diode, diese Berech- nung nur durchgef ¨uhrt werden kann. (Stichpunkte)
6
Punkte Aufgabe 2 29
Aufgabe 3: Bauelemente Punkte 3.1 Geben Sie den formalen Zusammenhang zwischen Eingangs- und Aus-
gangsstrom eines bipolar Transistors in Basisschaltung an.Zeichnen Sie das Eingangs- und Ausgangskennlinienfeld eines bipolar Transistors in Basis- schaltung (Formeln, Diagramm)
6
3.2 Skizzieren Sie den Querschnitt eines n-Kanal-MOSFET’s und beschalten Sie den Transistor so, dass sich ein Kanal ausbilden kann. Zeichnen Sie den Kanal in die Skizze ein!
(Skizze)
5
3.3 Skizzzieren Sie die Ausgangskennlinie eines MOSFET’s in Sourceschaltung.
Benennen Sie die jeweiligen charakteristischen Gr ¨ossen in dem Kennlinien- feld. (Skizze, Stichpunkte)
5
3.4 Geben Sie die Kennliniengleichung eines MOSFET’s f ¨ur den parabolischen und den S ¨attigungsbereich an.Durch welche Bedingung sind die beiden Be- reiche beschrieben. (Formel)
4
3.5 Zeichnen Sie den Aufbau eines Thyristor und das zugeh ¨orige Kennlinienfeld!
(Skizze, Diagramm)
4 3.6 Zeichnen Sie den Querschnitt eines IGBT’s, bezeichnen sie alle relevanten
Schichten des Bauelementes. Zeichnen Sie in den Querschnitt den Verlauf des Stroms im eingeschalteten Zustand ein.(Skizze)
4
Punkte Aufgabe 3 28
TU Berlin / IHH 5
